Saugvermögen aus Werkstückabmessungen berechnen: Drei-Schritte-Methode

Kunden nennen oft die Abmessungen einer Kammer und den Satz „in welcher Zeit auf welchen Druck evakuieren“; den Rest soll der Lieferant berechnen. Tatsächlich ist diese Berechnung nicht kompliziert: In drei Schritten lässt sich das Saugvermögen bestimmen, und danach lässt sich beurteilen, ob das vom Lieferanten angebotene Modell plausibel ist.

Erster Schritt: Volumen berechnen, Leitungen nicht vergessen

Kammervolumen = Länge × Breite × Höhe. Am Evakuieren ist aber nicht nur die Kammer beteiligt, sondern auch:

das Volumen der Leitung zwischen Kammer und Pumpe (bei kleinem Rohrdurchmesser und großer Entfernung ein nicht geringer Anteil);
das von Vorrichtungen und Spannmitteln in der Kammer belegte Volumen (abzuziehen);
das Volumen von Pufferbehälter, Filter und Ventilen (hinzuzurechnen).

Beispiel: Eine Kammer mit 800 × 600 × 500 mm, innen belegen Vorrichtungen 30 L.

Volumen = 0.8 × 0.6 × 0.5 = 0.24 m³ = 240 L; abzüglich 30 L für Vorrichtungen, zuzüglich etwa 10 L für Leitungen ergibt sich ein Nettovolumen von etwa 220 L.

Zweiter Schritt: benötigtes Saugvermögen mit der Formel berechnen

Für eine grobe Abschätzung dient diese Gleichung:

S = (V / t) × ln(p₀ / p₁)

S: benötigtes Saugvermögen (m³/s)
V: Nettovolumen (m³)
t: zulässige Evakuierungszeit (s)
p₀: Ausgangsdruck; bei Start von Atmosphäre 1013 mbar ansetzen
p₁: Zieldruck (mbar)

Für eine Kammer mit 220 L, die in 90 s auf 10 mbar evakuiert werden soll:

V = 0.22 m³, t = 90 s
S = (0.22 / 90) × ln(1013 / 10) = 0.00244 × 4.62 ≈ 0.0113 m³/s

Umgerechnet auf pro Stunde: 0.0113 × 3600 ≈ 40.7 m³/h.

Dritter Schritt: Reserve hinzufügen, Modell auswählen

Die oben berechneten 40.7 m³/h sind ein theoretischer Wert; in der Praxis sind drei Zuschläge zu berücksichtigen:

Faktor	Empfohlene Reserve	Ursache
Leckage und Ausgasung	+20~30%	Dichtungen, Schläuche und Werkstückoberflächen gasen kontinuierlich aus
Druckverlust in der Leitung	+10~20%	Bögen, Filter, lange Leitungen
Verschleiß und Alterung	+10%	Nach Verschleiß der Drehschieber sinkt das Saugvermögen

Mit 40% Reserve auf 40.7 m³/h ergibt sich ein Bedarf von etwa 57 m³/h. Entsprechende Modelle:

Modell	Saugvermögen 50/60 Hz	Hinweis
V15/25/40H	40 / 45 m³/h	Reserve zu gering; die Evakuierungszeit verlängert sich
V0063	63 / 75 m³/h	ausreichend, ölgedichtete Ausführung
V0160	160 / 190 m³/h	deutlich zu groß; theoretische Evakuierungszeit etwa 23 s (mit Verlusten etwa 30 s)

Wenn der Prozess keine Ölkontamination zulässt, geht die ölfreie Ausführung bis V25/40 (40/45 m³/h); in diesem Fall muss entweder die Evakuierungszeit verlängert, auf zwei parallel geschaltete Pumpen umgestellt oder die Kammer kleiner ausgelegt werden.

Zwei häufige Fehler bei der Berechnung

Erstens: das Endvakuum als Arbeitsdruck ansehen. Das Endvakuum einer Pumpe ist der Druck, der bei leerem, abgesperrtem Ansaugstutzen erreichbar ist. Beim tatsächlichen Evakuieren liegt der stabile Druck wegen Leckage und Ausgasung stets über dem Endvakuum. Für einen geforderten Arbeitsdruck von 10 mbar ist eine Pumpe mit 0.1 mbar Endvakuum geeignet; eine Pumpe mit 10 mbar Endvakuum erreicht diesen Arbeitsdruck nicht.

Zweitens: die Gasart außer Acht lassen. Die obige Formel setzt Luft und eine Temperatur von 20℃ voraus. Beim Abpumpen von Wasserdampf liegt das tatsächliche Saugvermögen der Pumpe deutlich unter dem Nennwert, außerdem muss der Gasballast zugeschaltet werden; bei leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium sinkt das Saugvermögen von Drehschieberpumpen ebenfalls. In beiden Fällen ist die Reserve auf 50% zu erhöhen.

Vom Kunden bereitzustellende Daten

Nettovolumen der Kammer (einschließlich Leitungen), Zieldruck, zulässige Evakuierungszeit, Gasart und Temperatur, Vorhandensein von Staub oder korrosiven Medien sowie die bauseitige Stromversorgung. Sind diese sechs Angaben vollständig, ist die Auswahl weitgehend eindeutig; fehlt eine Angabe, lässt sich das angebotene Modell nur schätzen.